(57)【要約】【課題】  耐湿性が高く、光素子の劣化を抑制した信頼性の高い光素子パッケージおよびその簡易な製造方法を提供する。【解決手段】  半導体レーザや受光素子を光ファイバに結合したもの、光スイッチ、光フィルタなど、光ファイバを用いる光素子パッケージにおいて、パッケージの全体が樹脂で封止され、さらにその表面に金属メッキが形成されていることを特徴とする。水分などがパッケージ内部に透過することを防ぎ、内部の光素子の劣化を防止することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバを用いる光素子と、前記光素子を収納するパッケージと、前記パッケージを貫通して延出する光ファイバとを備え、前記パッケージの全体が樹脂により封止され、前記樹脂の表面に金属メッキ膜が形成された光素子パッケージ。
【請求項２】
前記樹脂は、厚さ０.１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の光素子パッケージ。
【請求項３】
前記金属メッキ膜は、Ｎｉを主成分とする層とＣｕを主成分とする層の少なくとも一方を有する多層構造であることを特徴とする請求項１または２に記載の光素子パッケージ。
【請求項４】
前記光素子から前記パッケージの外に導出された電気端子と、前記電気端子と前記パッケージの金属メッキ膜間に樹脂絶縁部を備え、
前記電気端子と金属メッキ膜間の前記樹脂絶縁部の露出面積Ａｒと、前記電気端子の断面積のＡｐとの比Ａｒ／Ａｐが４以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光素子パッケージ。
【請求項５】
前記光素子パッケージの本体の全表面積に対する前記樹脂部分の全露出面積の割合は２％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光素子パッケージ。
【請求項６】
光ファイバを用いる光素子と、前記光素子を収納するパッケージと、前記パッケージを貫通して延出する光ファイバとを備えた光素子パッケージ全体を樹脂で封止する工程と、前記樹脂封止した光素子パッケージ全体を一体にメッキすることにより前記樹脂表面に金属メッキ膜を形成する工程を有する光素子パッケージの製造方法。
【請求項７】
光ファイバを用いる光素子と、前記光素子を収納するパッケージと、前記パッケージを貫通して延出する光ファイバと、前記パッケージの外に導出された電気端子とを備えた光素子パッケージ全体を樹脂で封止する工程と、前記樹脂表面に金属メッキ膜を形成する工程と、前記電気端子表面に形成された前記樹脂と前記金属メッキ膜を前記電気端子の長手方向の途中で破断する工程を有する光素子パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信等に使用される光素子を封止するパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信等において用いられる光素子は、素子の保護等の観点からパッケージに収納された状態で用いられる。この光素子は、大気中の水分などによって、劣化、特性変動が生じる恐れがあることから、外部からの水分の浸入を防ぐため、パッケージには高い気密性が要求される。光ファイバを用いる光素子では、通常光ファイバがパッケージを貫通してパッケージ内に導入され、光素子と光学結合する構成をとる。そのためかかる光ファイバの貫通部分も含めて、該パッケージを気密封止（以下、単に封止ともいう。）する必要がある。該パッケージとして、例えば金属ケースや、セラミックスと金属の複合部材にメッキを施したものなどが用いられている。光ファイバがパッケージを貫通する部分などは、例えば樹脂によって封止することができる。また、該部分を、半田を用いて気密封止する方法も開示されている（特許文献１）。
【０００３】
また、低コスト化を目的として樹脂製のパッケージを用いることができるが、かかる場合の封止方法として、上下に分割された樹脂製のケースの接合面と、光ファイバ貫通部であるパイプ上下の分割面に金属メッキを施し、その接合面および分割面を半田により接合する方法がある（特許文献２）。
【特許文献１】特開平２−１２１１４号公報
【特許文献２】特開２００３−３４４７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、封止部分に樹脂のみを用いた場合では、必ずしも十分な耐湿性は得られなかった。これは、樹脂が少なからず透湿性を有するからである。また、上記のように半田を用いて封止する場合であっても、半田付けの条件によっては濡れ性が不十分となり、半田接合部分にボイド等の欠陥が生じる場合があり、逆に気密性を低下させる場合があった。かかる問題は、光ファイバの導入部分の接合のみならず、パッケージの接合も同様に半田付けで行なう場合に顕著となる。これは、メッキを施した樹脂ケースを用いた場合でも同様であり、接合部分での不完全性が残る問題があった。その結果、封止が不十分となり、高い耐湿性を有する光素子パッケージを得ることが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、このような課題を解決し、耐湿性が高く、高信頼性の光素子パッケージとそれを簡易に提供する方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、光ファイバを用いる光素子と、前記光素子を収納するパッケージと、前記パッケージを貫通して延出する光ファイバとを備え、前記パッケージの全体が樹脂により封止され、前記樹脂の表面に金属メッキ膜が形成された光素子パッケージである。樹脂でパッケージ全体を封止し、該樹脂の表面を金属によりメッキすることで、水分などがパッケージ内部に透過することを防ぐことができ、内部の光素子の劣化を防ぐことができる。封止された貫通部分から出る光ファイバの被覆表面にも、メッキが施されていることが好ましい。
【０００７】
前記光素子には、いわゆる受動素子や能動素子に限らず、光の光路を切替える手段、光の波長変換を行う手段、光のフィルタリングを行う手段、光の強度や伝搬方向を検知する手段などが含まれる。パッケージは前記光素子の全体を覆う部材もしくは光素子の筐体に相当する。パッケージ全体とは、パッケージ本体、および光ファイバ等の部材がパッケージ本体を貫通する部分を含む。
【０００８】
前記樹脂は、厚さ０.１ｍｍ以上であることが好ましい。樹脂の厚さは、パッケージ表面に金属メッキを施す際に下地処理としてエッチング等を行うため、十分な厚さを必要とする。そのため０.１ｍｍ以上とすることが好ましい。高い封止効果を得るため、樹脂の塗布やモールドの工程が複雑になるのを防ぐためには望ましくは０.５ｍｍ以上とする。耐湿性の観点からは上限は特に限定する必要はないが、素子が大型化してしまうため、５ｍｍ以下であることが好ましい。
【０００９】
前記樹脂の部分は、例えばエポキシ樹脂などをパッケージ全面に塗布することにより、または樹脂厚さを考慮した型にパッケージを配置し、樹脂を流し込むモールドにより形成することができる。
【００１０】
また、前記金属メッキ膜は、Ｎｉを主成分とする層とＣｕを主成分とする層の少なくとも一方を有する多層構造であることが好ましい。樹脂上に金属メッキを施すためには無電解メッキ処理が必要とされるが、該無電解メッキ単層でメッキ膜を構成すると、緻密な金属メッキ膜を得にくく、高耐湿性が得にくいほか、膜形成効率が悪い。したがって、無電解メッキを施した後、電界メッキを施し、多層構造の金属メッキ膜とすることが望ましい。Ｎｉは耐食性優れ、またＣｕは厚く均一なメッキ膜を形成しやすいことから、前記金属膜はこれらを主成分とする層を有することが好ましい。表面の腐食を防止する観点からは、金属メッキ膜の最表面は、Ｎｉを主成分とする層であることが好ましい。
【００１１】
前記多層構造のメッキ層は、例えば、無電解Ｎｉ層を形成した後、Ｎｉを主成分とする電解メッキ層を形成する２層構造とすることができる。特に、第１層として無電解Ｎｉ層、第２層としてＣｕを主成分とする電解メッキ層、さらに第３層としてＮｉを主成分とする電解メッキ層を形成した３層構造とすることが好ましい。第２層を厚く均一なメッキ膜を効率よく形成しやすいＣｕを主成分とする層で構成し、第３層を耐食性に優れるＮｉを主成分とする層で構成することにより、耐湿性が高く、高信頼性の光素子パッケージを提供することができる。多層構造の金属メッキ膜における第２層の厚さは高い耐湿性を得るためには５μｍ以上とすることが好ましい。より好ましくは、１０μｍ以上である。高い耐湿性を得る観点からは上限は特に限定するものではないが、生産性の観点からは２０μｍ以下とすることが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明の光素子パッケージは、前記光素子から前記パッケージの外に導出された電気端子と、前記電気端子と前記パッケージの金属メッキ膜間に樹脂絶縁部を備え、
前記電気端子と金属メッキ膜間の前記樹脂絶縁部の露出面積Ａｒと、前記電気端子の断面積Ａｐとの比Ａｒ／Ａｐが４以下であることを特徴とする。
【００１３】
前記比Ａｒ／Ａｐを４以下とすることにより、水分の透過を抑制し高い耐湿性を実現する。より好ましくは３以下である。樹脂部分における水分の透過を抑制するためには樹脂絶縁部分の露出面積はなるべく小さくすることが好ましいが、電気端子はパッケージ表面の金属メッキ部分から絶縁することが必要であり、該樹脂絶縁部分の露出面積が小さくなりすぎると絶縁性が十分に確保できなくなるため、前記比Ａｒ／Ａｐは０.５以上であることが好ましい。
【００１４】
また、光素子パッケージの本体の全表面積に対する樹脂部分の全露出面積の割合は２％以下であることが好ましい。前記光素子パッケージの本体の全表面積は、金属メッキ後のパッケージ本体部分の寸法より算出したものを用いる。該割合が２％を超えると水分の透過量が多くなってしまう。また、電気端子とパッケージ表面の金属メッキ部分のとの絶縁性確保のためには、０.０１％以上であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の光素子パッケージの製造方法は、光ファイバを用いる光素子と、前記光素子を収納するパッケージと、前記パッケージを貫通して延出する光ファイバとを備えた光素子パッケージ全体を樹脂で封止する工程と、前記樹脂封止した光素子パッケージ全体を一体にメッキすることにより前記樹脂表面に金属メッキ膜を形成する工程を有することを特徴とする。樹脂封止された光素子パッケージ全体を一体にメッキすることにより、水分が透過しうる樹脂の露出や欠陥部分の生成を抑制した高耐湿性の光素子パッケージを実現する。
【００１６】
また、本発明の光素子パッケージの製造方法は、光ファイバを用いる光素子と、前記光素子を収納するパッケージと、前記パッケージを貫通して延出する光ファイバと、前記パッケージの外に導出された電気端子とを備えた光素子パッケージ全体を樹脂で封止する工程と、前記樹脂表面に金属メッキ膜を形成する工程と、前記電気端子表面に形成された前記樹脂と前記金属メッキ膜を、前記電気端子の長手方向の途中で破断する工程を有することを特徴とする。かかる製造方法によって、電気端子を有する光素子パッケージに金属メッキを施す場合において、前記電気端子部分と金属メッキ膜との絶縁性を簡易な方法で、確実に確保することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の構成により、樹脂上に金属メッキを施すことでパッケージ内への水分透過を抑制し、作製容易で高信頼性の得られる光素子パッケージを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を用いて本発明について説明するが、本発明の構成が必ずしもこれらにより限定されるものではない。また、同様の部材は同じ符号で説明する。
【００１９】
（第一の実施形態）
図１は本発明に適用する光素子パッケージの一の実施形態を示す斜視図である。図３は樹脂で全体を封止する前の状態を示したものである。アルミニウム製のパッケージ本体の底板（図示せず）と側板２はあらかじめ接合または加工により一体化されており、底板部分に光素子が固定されている。パッケージ本体の材質としては、アルミニウムのほかステンレス等の加工しやすい金属を用いることができる。また、樹脂を用いることで形状自由度の向上、低コスト化を図ることができる。但し、高い耐湿性を得るためには金属を用いることが好ましい。光素子は光の導入出をする光ファイバ１があらかじめ光素子に組み込まれた状態までその組立が完了しており、光素子の光ファイバ１は側板２の光ファイバの導出部である開口部からパッケージの外へ引き出されている。
【００２０】
次に、パッケージ本体の上蓋３を接着剤などにより側板２に接合固定し、側板２の開口部６に接着剤などのシール樹脂４ｂを充填し封止する。なお、パッケージ本体の各部材の接合は、前記の接着剤による固定のほか、溶接や半田付け等を用いることもできる。次に、底板、側板及び上蓋で構成されるパッケージ本体の全体を、樹脂モールドにより樹脂４ａを形成し、封止する。前記の樹脂モールドは、樹脂厚さを考慮した型にパッケージを配置し樹脂を流し込むことにより行なう。パッケージ全体の樹脂による封止は、前記モールドのほか樹脂４ａの塗布によって行ってもよい。樹脂は、熱硬化性樹脂、紫外線硬化樹脂等を用いることができるが、取扱いやすい熱硬化性樹脂が好ましい。
【００２１】
パッケージを樹脂で封止する場合、パッケージ本体のほか、光ファイバの導出部、電気端子の導出部も含めた全体を樹脂で覆うことによって、樹脂部分の連続性が確保されるため耐湿性の向上が図られる。パッケージから導出される光ファイバや電気端子は少なくともパッケージ近傍で前記樹脂で覆われていることが好ましく、本実施形態においても、パッケージ本体と連続して光ファイバのパッケージ近傍も樹脂で覆われている。
【００２２】
さらにパッケージ全体の樹脂部分に金属メッキ５を施す。パッケージは樹脂封止してあるので、パッケージごとメッキ液に浸漬してパッケージ全体を一体にメッキすることができる。これにより、メッキ膜につなぎ目等の欠陥のない高耐湿性の光素子パッケージが提供できるのである。図１は、樹脂および金属メッキ膜を形成した後のパッケージを示しているが、金属メッキの厚さの図示は省略している。図２に、光素子の例として波長フィルタを用いたパッケージの断面図を示す。パッケージ内に導入された光ファイバ１からの光がレンズ１１を通して波長帯域幅２ｎｍの反射フィルタから反射した光がもう一方の光ファイバ１から出力されている波長フィルタパッケージである。光ファイバ１は金属パッケージの側板２の開口部６に樹脂４ｂにより封止されている。そのパッケージ全体を樹脂４ａによりモールドされ、樹脂４ａの表面とファイバ１を金属メッキ５で覆っている。
【００２３】
なお、金属メッキ膜を設ける前に樹脂に酸エッチングを施すことにより、金属メッキ膜の密着性を向上させることができる。かかるエッチング処理をするためには、樹脂は十分な厚さを必要とし、０.１ｍｍ以上とすることが好ましい。高い封止効果を得るため、樹脂の塗布やモールドの工程が複雑になるのを防ぐためには望ましくは０.５ｍｍ以上である。
【００２４】
樹脂４ａ表面は過マンガン酸塩でエッチング処理して表面に凸凹をもうけメッキ膜が密着しやすいようにしている。樹脂表面に形成するメッキ膜は無電解Ｎｉメッキ層で、その上に電解Ｃｕメッキ層を形成し、その上に更にＣｕ保護のために電解Ｎｉメッキ層を形成した構成としている。無電解Ｎｉメッキ、電界Ｃｕメッキ、電界Ｎｉメッキは、通常のメッキの手法によればよく、市販のメッキ液を用いてもよい。
【００２５】
（実施例１）
上記第一の実施形態に示す構成の光素子パッケージを作製した。パッケージ本体の断面観察の結果、パッケージ本体部分の樹脂厚さは観察範囲内で１ｍｍ以上であった。図４に樹脂４ａと金属メッキ５の断面写真を示す。樹脂４ａ表面に金属メッキ５が形成されていることがわかる。また、図５に金属メッキ膜部分の拡大写真を示す。メッキ膜５ａは無電解Ｎｉメッキ層で、その上に電解Ｃｕメッキ層５ｂが１０μｍ形成され、Ｃｕ保護のために電解Ｎｉメッキ層５ｃが１μｍ形成されている。メッキ膜の厚さは、断面観察において、１０箇所の厚さを平均したものとした。なお、パッケージ寸法は１０×１０×２０ｍｍであった。光素子パッケージ全体を樹脂覆い、その上に金属メッキを施すことで、水分侵入を防止でき、光素子の信頼性として金属メッキ膜を形成していない図３の場合と比べて光素子の劣化時間を１００倍改善することができた。光ファイバの導出部分も含めて光素子パッケージ全体に対して金属メッキを施しているので、形成されるメッキ膜に不連続性や欠陥が生じることを防止することができ、高い耐湿性が実現されている。
【００２６】
（第二の実施形態）
図６は本発明に適用する光素子パッケージの一実施形態に係る電気端子導出部分の断面図である。樹脂による被覆、金属メッキ膜の形成は上記第一の実施形態と同様である。パッケージの側板２からは電気端子７が導出されており、内部では光素子に配線されている。側板２の外表面と電気端子７は樹脂４ａでモールドされており、その表面に金属メッキ膜５が形成されている。電気端子の数は１０本である。図６の（ａ）の破線部で金属メッキ膜と樹脂部を破断することにより、図６の（ｂ）の様に電気端子７を露出させる。これにより、パッケージ表面の金属メッキ膜５と電気端子７が樹脂４ａにより絶縁された状態とすることができる。マスキングを施して樹脂上に金属メッキ膜を形成しない部分を設けることもできるが、メッキ膜の形成を完全に防ぐことが困難なうえに、工程が煩雑になる。金属メッキ膜を形成後、電気端子上の樹脂部を破断して除去することによって、絶縁性を確実に確保するとともに、工程を簡略化することができる。本実施形態では電気端子７の直径ｄ１は０.５ｍｍ、と露出した樹脂４ａ部の直径ｄ２は１ｍｍとしてある。すなわち、電気端子７と金属メッキ膜５との間の樹脂４ａによる絶縁部の露出面積Ａｒと、電気端子７の断面積のＡｐとの比Ａｒ／Ａｐは３である。また、パッケージの全表面積に対する樹脂部分の露出面積の割合は１％である。なお、パーケージの本体の全表面積は金属メッキ後のパッケージ本体部分の寸法（縦×横×高さ）で算出したものを用いている。図７に樹脂開口表面積比（樹脂１００％すなわちメッキ無の状態を１とした）に対する水分透過量比（樹脂１００％すなわちメッキ無の状態の水分透過量を１とした）を示すが、よりパッケージ全表面積に対する樹脂開口表面積が１％では透過量を１／１０００に低減できることがわかる。さらに、比Ａｒ／Ａｐを４以下の範囲とすることで、電気絶縁を確保し、かつ、樹脂露出表面積を小さくすることができ、水分透過量を低減できる。また、樹脂被覆前のパッケージ本体表面から、前記樹脂絶縁部の露出部分までの距離は０.７ｍｍ以上とすることが好ましい。かかる距離が０.７ｍｍ未満であると水分が透過しやすくなる。より好ましくは１ｍｍ以上である。前記距離は、これを大きくしすぎると、光素子パッケージを基板に実装する場合の低背化を阻害するため、３ｍｍ以下とすることが好ましい。本実施形態では３ｍｍとしてある。
【００２７】
（実施例２）
第二の実施形態で示した構成の光素子パッケージを作製した。本発明の光素子パッケージでは、光素子の信頼性として、金属メッキ膜を形成していない場合と比べて光素子の劣化時間を１００倍延ばすことができた。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例の光素子パッケージを説明するための斜視図である。
【図２】本発明の一実施例の光素子パッケージを説明するための断面図である。
【図３】樹脂被覆・金属メッキ膜を形成していない状態の光パッケージを示すための斜視図である。
【図４】本発明の光素子パッケージを説明するための断面写真である。
【図５】本発明の光素子パッケージを説明するための図４を拡大した断面写真である。
【図６】本発明の光素子パッケージの電子端子の露出方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明の光素子パッケージの水分透過を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１  光ファイバ、  ２  側板、  ３  上蓋、  ４ａ  樹脂、  ４ｂ  樹脂、
５    メッキ層、  ５ａ  メッキ層、  ５ｂ  メッキ層、  ５ｃ  メッキ層、
６    開口部、  ７    電気端子  １１  レンズ  １２  反射フィルタ
【図１】
2006237043.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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